DE3121451C2

DE3121451C2 - Vibration transducer

Info

Publication number: DE3121451C2
Application number: DE19813121451
Authority: DE
Inventors: Hirokuni Fukuyama Hiroshima Urabe
Original assignee: SHIGIYA MACHINERY WORKS Ltd FUKUYAMA HIROSHIMA JP
Current assignee: SHIGIYA MACHINERY WORKS Ltd FUKUYAMA HIROSHIMA JP
Priority date: 1980-05-29
Filing date: 1981-05-29
Publication date: 1985-09-05
Also published as: DE3121451A1

Abstract

Ein Vibrations-Meßwandler für ungewöhnliche Vibrationen einer Werkzeugmaschine besitzt ein piezoelektrisches Vibrationserfassungselement (A), einen Vorverstärker (B) mit Verstärkungseinstellknopf (C), einen einen Pegeleinstellknopf (E) aufweisenden Vergleicher (D), einen einen Pulsbreiteneinstellknopf (G) aufweisenden monostabilen Multivibrator (F), einen voreinstellbaren Zähler (H) mit Voreinstellwertschalter (K), ein Flipflop (L) zum Speichern von Signalen, einen Signale verstärkenden Verstärker (M) und eine Ausgangsschaltung (N). Durch Anbringen des Vibrations-Meßwandlers an einer Schleifmaschine, einer Drehbank, einer Walzmaschine, einer Hobelmaschine und/oder einer Bohrmaschine oder durch Anbringen lediglich eines piezoelektrischen Vibrationserfassungselements an der Maschine und durch Anordnen der anderen Bauelemente an einer außerhalb der Werkzeugmaschine vorgesehenen Stelle werden Vibrationen, die während der Bearbeitung der Maschine erzeugt werden, von dem Vergleicher als hohes oder niedriges Signal abgenommen, und dann wird ein Alarm abgegeben, wenn eine solche Vibration den voreingestellten Wert des Zählers erreicht. Dies hat zur Folge, daß die Drehung oder die Bewegung eines Werkzeugs beendet wird oder der Vorschub des Werkstücks anhält, und/oder daß die rasche Tiefenschleifgeschwindigkeit des Schleifspindelstocks auf eine angemessene Rohbehandlungs-Zuführgeschwindigkeit geändert wird.A vibration transducer for unusual vibrations of a machine tool has a piezoelectric vibration detection element (A), a preamplifier (B) with a gain adjustment knob (C), a comparator (D) with a level adjustment knob (E), a monostable multivibrator (G) with a pulse width adjustment knob ( F), a presettable counter (H) with preset value switch (K), a flip-flop (L) for storing signals, a signal-amplifying amplifier (M) and an output circuit (N). By attaching the vibration transducer to a grinding machine, a lathe, a rolling machine, a planing machine and / or a drilling machine or by attaching only a piezoelectric vibration detection element to the machine and arranging the other components in a location provided outside the machine tool, vibrations that generated during the machining of the machine, taken as a high or low signal by the comparator, and then an alarm is given when such vibration reaches the preset value of the counter. As a result, the rotation or movement of a tool is stopped or the feed of the workpiece stops, and / or the rapid depth grinding speed of the wheelhead is changed to an appropriate roughing feed speed.

Description

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Antriebsmotors der Werkzeugmaschine überwachen, 55 abstand voneinander haben, fajt der ersteMonitor the drive motor of the machine tool, 55 distance from each other, fajt the first

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_eTekT;;scVeS^r;;:7ewinne"n.die kennzeichnend sind gesetzt, so daß eine überflüssige Auslösung der Alarm- _e TekT ;; scVeS ^ r ;;: 7ewinner "n. which are set so that an unnecessary triggering of the alarm

ι der Werkzeugmaschine. 65 einrichtung unterbleibt.ι the machine tool. 65 establishment is omitted.

■ ι einen hohen Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind m■ ι a high advantageous developments of the invention are m

3 43 4

Meßwandler beispielsweise dazu verwenden, ein folgt kein Herausgreifen von Signalen.
»Alarmsignal« dazu heranzuziehen, beispielsweise bei Die Anordnung besitzt einen erneut triggerbaren moeiner Schleifmaschine die relativ hohe Einstechge- nostabilen Multivibrator F mit einem Pulsbreiteneinschwindigkeit dann, wenn das Werkzeug die Oberfläche stellknopf G. Durch diesen werden zwei Impulse, die des Werkstücks erreicht, zu verringern, so daß anschlie- 5 einen gewissen Mindestabstand voneinander aufweisen, ßend mit einer relativ niedrigen Schleifgeschwindigkeit zu einem einzigen Impuls zusammengefaßt, der nur einweitergearbeitet wird. Wenn das Werkzeug nämlich mit mal gezählt wird (d in F i g. 3). Dies hat zur Folge, daß dem Werkstück in Berührung kommt, werfen aufgrund hochfrequente Wellen, wie z. B. elektrische Störsignale, der hohen Vorsch-ibgesehwindigkeit des das Werkzeug eliminiert werden. Die Ausgangssignale des monostabitragenden Schleifspindelstocks Vibrationen der Schleif- 10 len Multivibrators gelangen an einen voreinstellbaren maschine verursacht, die den Meßwandler zum Anspre- Zähler H. Using transducers, for example, does not follow any single picking of signals.
The arrangement has a re-triggerable moeiner grinding machine, the relatively high penetration-genostable multivibrator F with a pulse width single speed when the tool touches the surface of the control knob G. This reduces two pulses that the workpiece reaches so that they then have a certain minimum distance from one another, and are combined with a relatively low grinding speed to form a single pulse which is only further processed. When the tool is counted with times (d in FIG. 3). This has the consequence that the workpiece comes into contact, throw due to high-frequency waves such. B. electrical interference signals, the high feed rate of the tool can be eliminated. The output signals of the monostable grinding headstock vibrations of the grinding multivibrator reach a presettable machine which causes the transducer to the response counter H.

chen bringen. Ein monostabiler Multivibrator / gestattet die Abga-bring chen. A monostable multivibrator / allows the delivery

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfin- be eines Rücksetzsignals (e in F i g. 3) an den voreinstell-In the following, an embodiment of the invention of a reset signal (e in FIG. 3) to the preset

dung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu- baren Zähler H, wenn nachfolgende Impulse nicht in- meter H, which can be explained in more detail with reference to the drawing, if the following pulses are not

terL Es zeigt 15 nerhalb einer gewissen Zeitdauer nach Beendigung ei-terL It shows 15 within a certain period of time after the end of a

F i g. 1 eine perspektivische Vorderansicht eines auf nes vorausgehenden Impulses erscheinen. HierdurchF i g. Figure 1 is a front perspective view of a pulse preceding it. Through this

dem Schleifspindelstock einer Schleifmaschine montier- wird erfaßt, ob Impulse am Ausgang des Monoflops F Mounted on the grinding headstock of a grinding machine, it is detected whether impulses at the output of the monoflop F

ten Vibrations-Meßwandlers für ungewöhnliche Vibra- kontinuierlich erzeugt werden oder nichtth vibration transducer for unusual vibrations may or may not be generated continuously

tionen, Mittels eines Pulsbreitenregulators / kann eingestelltfunctions, using a pulse width regulator / can be set

F i g. 2 ein Blockdiagramm eines Vibrations-Meß- 20 werden, welche Zeit vor der Abgabe e^;.^r-:2S Rücksetzsi-F i g. 2 is a block diagram of a vibration measuring device 20, which time before delivery e ^; . ^r -: 2S reset

wandiers, gnalä nach Beendigung eines Eingangsinipulses verge-wandiers, gnalä after the end of an input pulse

Fig.3 ein Wellenformdiagramm zur Veranuchauli- hensolL3 shows a waveform diagram for demonstrating purposes

chung der Ausgangswellen der Anordnung gemäß Mittels eines Voreinstellwert-Einstellschalters K tion of the output shafts of the arrangement according to the means of a preset value setting switch K.

F i g. 2, und kann ein spezieller Zählerstand (im vorliegenden Bei-F i g. 2, and a special counter reading (in this case

Fig.4 ein detailliertes elektrisches Schaltungsdia- 25 spiel der Zählerstand »7«, vergl. /in Fig.3) eingestelltFIG. 4 shows a detailed electrical circuit diagram of the counter reading "7", see / in FIG. 3)

gramm, das das Blockdiagramm gemäß F i g. 2 im ein- werden. Wenn der voreingestellte Zählerstand erreichtgram, which the block diagram of FIG. 2 im a be. When the preset count is reached

zelnen veranschaulicht wird, wird an ein Flipflop L ein Signal (g in Fi g. 3)is illustrated individually, a signal (g in Fig. 3) is sent to a flip-flop L

F i g. 1 zeigt als Werkzeugmaschine eine Schleifma- gegeben.F i g. 1 shows a grinding machine as a machine tool.

schine mit einem Schleifspindelstock 1, einem Reitstock Wenn das Flipflop L dieses Signal empfängt, gibt esmachine with a grinding headstock 1, a tailstock When the flip-flop L receives this signal, there is

2, einem Aufspannkopf 3 und einem Vibrations-Meß- 30 ein Alarmsignal (h in F i g. 3) ab, bis das FlipHop L zu-2, a clamping head 3 and a vibration measuring 30 an alarm signal (h in F i g. 3) until the FlipHop L closes.

wandler 4. Der Vibrations-Meßwandler 4 ist in dem dar- rückgesetzt wird.transducer 4. The vibration transducer 4 is in which it is reset.

gestellten Ausführungsbeispiel auf dem Schleifspindel- Ein Verstärker M verstärkt das Signal, und eineAsked embodiment on the grinding spindle an amplifier M amplifies the signal, and a

stock 1 an der Schleifmaschine montiert Alarmeinrichtung N hat die Aufgabe, die Drehung oderfloor 1 mounted on the grinding machine alarm device N has the task of rotating or

Der auf dem Schleifspindelstock 1 montierte Vibra- die Bewegung einer Schleifscheibe oder eines Werk-The vibration mounted on the wheelhead 1 - the movement of a grinding wheel or a work-

tions-Meßwandler 4 gibt einen Alarm ab, sobald er un- 35 zeugs (oder einer Schneide) und/oder den Vorschub undtion transducer 4 emits an alarm as soon as it is un- 35 (or a cutting edge) and / or the feed and

gewöhnliche Vibrationer, erkennt, und er hält rasch die die Drehung eines Werkstücks anzuhalten, sobald einordinary vibrator, detects, and it quickly stops the rotation of a workpiece as soon as a

Motoren zum Drehen einer Schleifscheibe und zum Be- Alarmsignal abgegeben wird.Motors for turning a grinding wheel and for loading alarm signal is issued.

wegen des Schleifspindelstocks an; ferner wird der Mo- Wenngleich dies in den F i g. 2 und 3 nicht dargestellt tor zum Drehen eines Werkstücks und zum Transpor- ist, besitzt die Schaltung eine Schaltung zum Rücksettieren des Wertstücks über eine Antriebssteuerung an- 40 zen eines Alarm-Ausgangssignals nach Beendigung eigehalten. ner ungewöhnlichen Vibration, sowie eine Schaltung Der Vibrations-Meßwandler wird im folgenden unter zum Abgeben eines Alarm-Ausgangssignals, um eine Bezugnahme auf die F i g. 2 bis 4 im einzelnen erläutert Bedienungsperson über das Auftreten einer ungewöhn-Gemäß Zeichnung enthält die Anordnung ein piezo- liehen Vibration in Kenntnis zu setzen, ohne daß jedoch elektrisches Vibrationserfassungselement A, einen ei- 45 selbständig eine Alarm-Maßnahme ausgelöst wird,
nen Versiärkungseinsteilknopf C aufweisenden Vorver- F i g. 4 zeigt eine Schaltung P, die die Funktionen des stärker B zum Verstärken und angemessenen Justieren Vibrations-Meßwandlers für ungewöhnliche Vibratioder Vibrationswellen (a in F i g. 3), einen Vergleicher D nen in Gang setzt und abbricht; die Schaltung enthält und einen veränderbaren Widerstand E für die Pegel- ferner eine Versorgungsschaltung Q.
einstellung des Vergleichers, wodurch festgelegt wird, 50 Der oben erläuterte Vibrations-Meßwandler 4 für unbei welchem Pegel (b in F i g. 3) von Vibrationen diese gewöhnliche Vibrationen kann ungewöhnliche Vibraals hohe oder niedrige Signale (c in F i g. 3) herausge- tionen im Bereich von 2 bis 3 ms erfassen und sofort griffen werfen. einen A 'arm abgeben und die Bewegung des Werk-Wenn beispielsweise eine Schleifscheibe 1 übermäßig zeugs und/oder die Bewegung eines Werkstücks anhalabrupt mit einem vorstehenden Ende eines Werkstücks 55 ten. Mit einem Bandprßfilter werfen ungewöhnliche Viin Berührung kommt, können an der Oberfläche der brationen herausgegriffen. Es wird eine Vibrations-Ein-Schleifscheibe vibrationsähnliche zu^fällige Signale er- gäbe von wenigstens mehr als 100 Wellen (Frequenzen) zeugt werfen, die dann bei der Übertragung über den gefordert. Es ist daher notwendig, hierfür 0,033 bis Scheibenflansch, die Scheibenspindel, das Scheibenlager 0,1 Sekunden vorzusehen. Der erfindungsgemäße Vi- und die Spindel zu dem Schleifspindelstock fast die Ei- 60 brations-Meßwandler kann für zum Herausgreifen von genfrequenz der Schleifscheibe annehmen. In dem pie- Eigenfrequenzen notwendige »elektrische« Verarbeizoelektrischen Element A werfen die Vibrationen er- tungszeit einsparen. Daher kann die nach Erfassen einer faßt, und der Vergleicher greift vergleichsweise hohe Vibration bis zur Abgabe eines Alarms verstreichende Eigenvibrationen von 3000 Hz (Periodendauer von et- Zeit auf ein Zehntel bis ein Fünfzehntel verkürzt werwii 0 bis 33 ms) in Fonr von hohen und niedrigen Signa- 65 den, mit der Folge, daS eine Not-Maßnahme augenlen heraus. blicklich ausgeführt wird. Hierdurch kann ein Werk-Wenn der Vibrationspeg Λ jedoch niedrig ist, wie es stück zuverlässig vor jeglicher Beschädigung geschützt beim gewöhnlichen Schleifvorgang der Fall ist, so er- werfen.because of the grinding headstock; Furthermore, although this is shown in FIGS. 2 and 3 tor for rotating a workpiece and for the transport is, the circuit has a circuit for resetting the value piece via a drive control to hold an alarm output signal after completion. The vibration transducer is described below for providing an alarm output signal for reference to FIGS. 2 to 4 explain the operator in detail about the occurrence of an unusual - According to the drawing, the arrangement contains a piezo-borne vibration to notify him, but without the electrical vibration detection element A, an alarm being triggered independently,
NEN VARIATION SETTING BUTTON C F i g. Fig. 4 shows a circuit P which starts and stops the functions of the stronger B for amplifying and appropriately adjusting vibration transducer for unusual vibration or vibration waves (a in Fig. 3), a comparator D nen; the circuit contains and a variable resistor E for the level also a supply circuit Q.
setting of the comparator, whereby it is determined 50 The vibration transducer 4 explained above for at what level (b in Fig. 3) of vibrations these ordinary vibrations can be unusual vibrations as high or low signals (c in Fig. 3) Detect outcomes in the range of 2 to 3 ms and take action immediately. an A 'arm and the movement of the work-If, for example, a grinding wheel 1 excessively stuff and / or the movement of a workpiece stops abruptly with a protruding end of a workpiece 55 th. With a belt press throw unusual Vi comes into contact, on the surface of the brations singled out. It is a vibration-A grinding wheel vibration similar to ^f ällige signals ER would be of at least more than 100 waves (frequencies) testifies throw, which is then required in the transmission over the. It is therefore necessary to provide 0.033 to the disk flange, the disk spindle, the disk bearing 0.1 seconds. The Vi according to the invention and the spindle to the grinding headstock almost the energy transducer can accept for picking out the gene frequency of the grinding wheel. In the “electrical” processing element A required by the natural frequencies of the pie, the vibrations save generation time. Therefore, after detecting one, and the comparator picks up comparatively high vibration until an alarm is emitted, natural vibrations of 3000 Hz (period duration shortened from et time to a tenth to a fifteenth were 0 to 33 ms) in Fonr from high and low Signs, with the result that an emergency measure is evident. is executed at a glance. As a result, a work can, however, if the vibration level Λ is low, as is the case with the usual grinding process, reliably protected from any damage.

Der VibraMons-Meßwandler läßt sich auch dazu einsetzen, diejenige Zeit zu verkürzen, die vergeht, bis ?- B. eine Schleifscheibe in Berührung mit einem Werkstück kommt, wie es beim gewöhnlichen Schleifen mit einer Schleifmaschine der Fall istThe VibraMons transducer can also be used to to shorten the time that elapses before? - B. a grinding wheel in contact with a workpiece comes as it does with ordinary grinding with a grinder

Um Beschädigungen zu vermeiden, wenn die Schleifscheibe in Berührung mit dem Werkstück gelangt, müßte an sich die anfängliche Einstechgeschwindigkeit niedrig gemacht werden, wodurch Totzeiten entstehen und der Wirkungsgrad herabgesetzt wird. Wenn hingegen die Einstechgeschwindigkeit erhöht und die Zeit für die Abgabe eines Erfassungssignals (Alarmsignals) kurz gemacht wird, erfolgt keine Beschädigung einer Schleifscheibe, wodurch der Wirkungsgrad der Maschine wesentlich verbessert werden kann.To avoid damage when the grinding wheel comes into contact with the workpiece, would have to per se, the initial piercing speed can be made low, resulting in dead times and the efficiency is reduced. If, on the other hand, the piercing speed increases and the time for the The output of a detection signal (alarm signal) is made short, there is no damage to a grinding wheel, whereby the efficiency of the machine can be significantly improved.

Wie oben angesprochen wurde, kann der erfindungsgemäße Vibraüpns-Meßwandler ungewöhnliche Vibrationen innerhalb von 2 bis 3 ms erfassen, wodurch die Einstechgeschwindigkeit augenblicklich auf eine Roh behandlungsgeschwindigkeit geändert wird, indem der Vibrations-Meßwandler ebenso wie bei dem zuerst geschilderten Beispiel auf einem Schleifspindelstock montiert wird.As mentioned above, the vibration transducer of the present invention can generate unusual vibrations capture within 2 to 3 ms, which means that the piercing speed is instantaneous on a raw treatment speed is changed by the vibration transducer as well as the first described Example is mounted on a wheelhead.

Das Flipflop L ist dann nicht so verschaltet, daß es einen Alarm abgibt, wenn der vorbestimmte Zählerstand erreicht ist, oder daß es einen Nothalt der Bewegungsmotoren für die Werkzeugaufnahme oder den Werkstückvorschub durch Abschalten der Speisespannung herbeiführt, sondern das Flipflop L ist so ausgelegt, daß es die rasche Einstechgeschwindigkeit eines Spindelstocks bei Erreichen des voreingestellten Zählerstands verringert, so daß die Geschwindigkeit einer für eine Rohbehandlung geeigneten Vorschubgeschwindigkeit entspricht Diese Folge von Bewegungen wird im Zusammenhang mit einem numerischen Steuersystem ausgeführt. Die oben geschilderten Ausführur.gsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf den Zustand, daß ein Vibrations-Meßwandler für ungewöhnliche Schwingungen auf dem Schleifspindelstock einer Schleifmaschine montiert ist. Selbstver- +0 ständlich kann der Vibrations-Meßwandler jedoch auf einer Werkzeughalterung oder auf der Einspannseite, wie z. B. dem Reitstock oder einem Spindelkopf, montiert sein. Tatsächlich ist es wirksamer, den Vibrations-Meßwandler nicht auf der Seite der Werkstückaufnahme, sondern an der Werkzeugaufnahme der Maschine zu montieren.The flip-flop L is then not connected in such a way that it issues an alarm when the predetermined count is reached, or that it brings about an emergency stop of the movement motors for the tool holder or the workpiece feed by switching off the supply voltage, but the flip-flop L is designed so that it reduces the rapid penetration speed of a headstock when the preset count is reached, so that the speed corresponds to a feed speed suitable for rough treatment. This sequence of movements is carried out in connection with a numerical control system. The above-described embodiments of the present invention relate to the condition that a vibration transducer for unusual vibrations is mounted on the wheelhead of a grinding machine. Of course, the vibration transducer can be mounted on a tool holder or on the clamping side, such as B. the tailstock or a spindle head. In fact, it is more effective not to mount the vibration transducer on the workpiece holder side but on the tool holder side of the machine.

Es brauchen nicht sämtliche Bauelemente des Wandlers an der Werkzeugmaschine montiert zu sein, sondern es ist auch möglich, lediglich das piezoelektrische Vibrations-Erfassb.vgselement an der Werkzeugmaschine zu montieren, während sämtliche anderen Bauelemente separat und unabhängig von der Werkzeugmaschine angeordnet werden.Not all components of the converter need to be mounted on the machine tool, but rather it is also possible to use only the piezoelectric vibration detection element on the machine tool to assemble, while all other components are separate and independent of the machine tool to be ordered.

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Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

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6565

Claims

Patent claims:

From DE-OS 27 13 640 is a vibration measurement

converter of the type mentioned known The Ver
warmer «^ g ^ S ^^ _itottans . _{Transducer converter}

according to claim, or such a consequence

bareCounter status de., counter rH; has been reached

^ ^^ ^ _{erfindungsgemäß d die im} ^ ^^ ^ _{according to the invention d the im}

characterizing part of claim 1 specified features solved
45 In the vibration transducer according to the invention